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C語(yǔ)言中的指針解讀
指針無(wú)疑是一個(gè)難點(diǎn)。但是，我覺(jué)得指針也是C語(yǔ)言特別重要的一個(gè)特性。也許，你在除了C和C++以外的編程語(yǔ)言中，很少看到指針。而C++中，也多用引用，而非指針。指針，作為一種高效的工具，可謂是一把雙刃劍——用得好，可以大大提高程序效率，但用的不好，就是很多bug的滋生地。下面是指針相關(guān)的知識(shí)，歡迎閱讀。
這或許也是人們對(duì)指針褒貶不一的原因吧。就我個(gè)人而言，我還是很喜歡這個(gè)特性，因?yàn)槲倚枰?jīng)常和硬件以及一些底層的軟件打交道。這個(gè)時(shí)候，指針便體現(xiàn)出它獨(dú)特的魅力。指針的知識(shí)很多，有一本經(jīng)典的書(shū)叫《C和指針》，如果有興趣可以讀一讀。這里，我主要總結(jié)一些如何去解讀指針(說(shuō)實(shí)話(huà)這個(gè)東西實(shí)在是很容易讓人困惑)的方法，一方面給自己做查詢(xún)用，另一方面，希望可以給別人一些幫助。
一，基本概念
關(guān)于指針的基本概念，我就不詳細(xì)介紹了，因?yàn)橛性S多書(shū)都介紹的很詳細(xì)。這里我只介紹一部分。指針指向一個(gè)地址，而指針本身在大多數(shù)系統(tǒng)上都是一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)(在32bit機(jī)上是4byte，在64bit機(jī)上是8byte)。下面用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明其機(jī)制：
在上面的例子中，先定義了一個(gè)指針p，它的類(lèi)型是int，也就是說(shuō)它只能指向一個(gè)int型的變量，而不能指向其他類(lèi)型的變量。最后我們將a變量的地址賦給p。在這個(gè)過(guò)程中，涉及到兩個(gè)內(nèi)存塊，一個(gè)是存放指針p的內(nèi)存(用&p可得到內(nèi)存地址)，一個(gè)是存放a的值的`內(nèi)存塊(用&a可以得到內(nèi)存地址)。而第一個(gè)內(nèi)存存的p的值經(jīng)過(guò)賦值語(yǔ)句后也就是&a的值了。另外一個(gè)注意點(diǎn)是， *(星號(hào))和變量類(lèi)型以及變量名之間可以有任意個(gè)空格，也可以沒(méi)有。比如下面三種方式都是一樣的：
int a = 10;
int *p; //聲明一個(gè)指針，但未初始化，此時(shí)為野指針
p = &a; //將a變量的地址賦給指針p
在上面的例子中，先定義了一個(gè)指針p，它的類(lèi)型是int，也就是說(shuō)它只能指向一個(gè)int型的變量，而不能指向其他類(lèi)型的變量。最后我們將a變量的地址賦給p。在這個(gè)過(guò)程中，涉及到兩個(gè)內(nèi)存塊，一個(gè)是存放指針p的內(nèi)存(用&p可得到內(nèi)存地址)，一個(gè)是存放a的值的內(nèi)存塊(用&a可以得到內(nèi)存地址)。而第一個(gè)內(nèi)存存的p的值經(jīng)過(guò)賦值語(yǔ)句后也就是&a的值了。另外一個(gè)注意點(diǎn)是， *(星號(hào))和變量類(lèi)型以及變量名之間可以有任意個(gè)空格，也可以沒(méi)有。比如下面三種方式都是一樣的：
int* a;
int * a;
int *a;
解讀方法:
首先從標(biāo)示符開(kāi)始閱讀，然后往右讀，每遇到圓括號(hào)的右半邊就調(diào)轉(zhuǎn)閱讀方向。重復(fù)這個(gè)過(guò)程直到整個(gè)聲明解析完畢。需要注意的是，已經(jīng)讀過(guò)的部分在后續(xù)作為一個(gè)整體來(lái)看。
看下面一個(gè)例子：
int *a[3];
//首先a右邊是[]，說(shuō)明a是一個(gè)具有3個(gè)元素的數(shù)組
//右邊讀完，則讀左邊。a左邊是int*，說(shuō)明a的元素是int類(lèi)型的指針
int (*a)[3]
//首先，a右邊是圓括號(hào)的右半邊，轉(zhuǎn)向，左邊是一個(gè)*，說(shuō)明a是一個(gè)指針
//遇到括號(hào)，再轉(zhuǎn)向，是一個(gè)[]，說(shuō)明a是一個(gè)指向3個(gè)元素的數(shù)組的指針
//左邊是int，說(shuō)明元素類(lèi)型是int
//所以，a是一個(gè)指向具有3個(gè)整型元素的數(shù)組的指針
int (*func)(int p);
//相同的方法，func首先是一個(gè)指針
//然后右邊是一個(gè)括號(hào)，說(shuō)明(func)是個(gè)函數(shù)，而func是指向這個(gè)函數(shù)的指針
//這個(gè)函數(shù)具有int類(lèi)型的參數(shù)，返回值類(lèi)型為int
int (*func[3])(int p);
//同理，func首先是一個(gè)具有3個(gè)元素的數(shù)組
//其次，func左邊是一個(gè)*，說(shuō)明func數(shù)組的元素是指針。要注意修飾的是func[3]，而不是func。因?yàn)橐呀?jīng)讀過(guò)的部分在后面都作為一個(gè)整體來(lái)對(duì)待
//跳出第一個(gè)圓括號(hào)，右邊又是一個(gè)圓括號(hào)，說(shuō)明func數(shù)組的元素是函數(shù)類(lèi)型的指針。這個(gè)函數(shù)具有int類(lèi)型的參數(shù)和int型返回值
二，數(shù)組首地址a，&a，&a[0]
注：a，&a，&a[0]的含義雖然不同，但是他們?nèi)齻�(gè)的值是相等的!
以int a[3]為例說(shuō)明：
a作為右值時(shí)，代表數(shù)組首元素的首地址，而非數(shù)組地址。 也就是a[0]的地址。int i = (a+1)，這里a是右值，所以代表首元素的首地址，a+1代表下一個(gè)元素的首地址，即&a[1]。
a是整個(gè)數(shù)組的名字。所以sizeof(a)的值為sizeof(int) * 3 = 40，代表整個(gè)數(shù)組的大小。
&a即為取a的首地址，也即整個(gè)數(shù)組的首地址。所以sizeof(&a) = 4。 int p = (int)(&a+1)中的&a+1代表下一個(gè)數(shù)組的首地址，顯然是越界的。
&a[0]代表首元素的首地址。 所以sizeof(&a[0]) = 4。
&a[3]，很顯然數(shù)組越界了，但它的sizeof是多少呢? 也是4，因?yàn)殛P(guān)鍵字sizeof求值是在編譯的時(shí)候，雖然并不存在a[3]這個(gè)元素，但是這里并沒(méi)有真正訪問(wèn)a[3]，而是根據(jù)數(shù)組元素類(lèi)型來(lái)確定其值的。所以sizeof(a[3])不會(huì)出錯(cuò)。
a[-1]代表什么意思?首先要明白下標(biāo)的形式被編譯器解析成指針的形式，即a[1]被解析成(a+1)。那么，a[-1]被解析成*(a-1)。
關(guān)于數(shù)組首元素的首地址和數(shù)組的首地址的區(qū)別：其實(shí)，數(shù)組首元素的首地址和數(shù)組首地址的值是相同的，即&a[0]和a(以及&a)是相等的，但是而這含義不一樣。首元素的首地址加1后，是第二個(gè)元素的.首地址(之所以一直說(shuō)首地址，是因?yàn)橛械念?lèi)型存儲(chǔ)時(shí)會(huì)占多個(gè)地址)，但數(shù)組的首地址加1后是“下一個(gè)數(shù)組的地址”，這里的下一個(gè)數(shù)組只是為了說(shuō)明加1時(shí)加了整個(gè)數(shù)組的大小，而不是一個(gè)元素的大小。
有一點(diǎn)比較容易混淆：a雖然代表整個(gè)數(shù)組，但(a+1)卻代表下一個(gè)元素的首地址，即和(&a[0]+1)一樣，下一個(gè)數(shù)組的形式為：(&a+1)。 下面以一個(gè)程序來(lái)說(shuō)明：
#include
int main()
{
int a[3] = {1, 2, 3};
printf("%ld ",sizeof(long unsigned int));
printf("*(a+1)=%d ",*(a+1));
printf("sizeof(a)=%ld ", sizeof(a));
printf("sizeof(&a[3])=%ld ", sizeof(&a[3]));
printf("a[-1]=%d *(a-1)=%d ",a[-1],*(a-1));
printf("a=%p &a=%p &a[0]=%p ",a, &a,&a[0]);
printf("a=%p (a+1)=%p (&a+1)=%p ",a,(a+1),(&a+1));
return 0;
}
輸出結(jié)果：
8
*(a+1)=2
sizeof(a)=12
sizeof(&a[3])=8
a[-1]=0 *(a-1)=0
a=0x7fffcb4cb980 &a=0x7fffcb4cb980 &a[0]=0x7fffcb4cb980
a=0x7fffcb4cb980 (a+1)=0x7fffcb4cb984 (&a+1)=0x7fffcb4cb98c
說(shuō)明(下面的行數(shù)只計(jì)算main函數(shù)內(nèi)有代碼的行)：
程序第1行定義了一個(gè)具有3個(gè)元素的整型數(shù)組。
第2行打印了long型的大小。因?yàn)槲沂?4bit的，所以一個(gè)long是8byte。
第3行打印了*(a+1)的值，結(jié)果和a[1]的值相等。說(shuō)明a雖然代表整個(gè)數(shù)組，但作為右值時(shí)，的確代表首元素的首地址。
第4行輸出值為12，是整個(gè)數(shù)組的大小。
第5行打印了一個(gè)出界元素的大小，沒(méi)有報(bào)錯(cuò)，驗(yàn)證了上面第5條。
第6行打印了a[-1]和*(a-1)，輸出值相等。驗(yàn)證了上面第6條。
第7行打印了a和&a[0]，值相等。說(shuō)明數(shù)組的首地址和首元素的首地址是相等的。
第8行打印了a，(a+1)，(&a+1)，由結(jié)果就可以看出首元素的首地址加1是加了一個(gè)數(shù)組元素的大小，而數(shù)組首地址加1是加了一個(gè)數(shù)組的大小。
三，指針數(shù)組和數(shù)組指針
指針數(shù)組： 首先它是一個(gè)數(shù)組，數(shù)組的元素是指針，也成為“存儲(chǔ)指針的`數(shù)組”。
數(shù)組指針： 首先它是一個(gè)指針，它指向一個(gè)數(shù)組，也可以理解為“數(shù)組的指針”。 也可以利用前面的“解讀方法”去分析。
四，函數(shù)指針和指針函數(shù)
函數(shù)指針： 指向函數(shù)的指針變量。
指針函數(shù)： 帶指針的函數(shù)，也就是返回指針的函數(shù)。
char * fun(char* a, char* b) //定義為指針函數(shù)
{
...
...
}
int main()
{
char* (*p)(char* p1, char* p2); //定義函數(shù)指針
p = &fun; //把函數(shù)地址賦給它
//p = fun; //這樣寫(xiě)也行
(*p)("aa", "bb"); //使用函數(shù)指針
return 0;
}
四，指針常量和常量指針
const char* p1; //常量指針，指向常量的指針
char const* p2; //同上
char* const p3; //指針常量，指針是常量
怎么記?
可以先把類(lèi)型名去掉，然后看const離誰(shuí)近，就修飾誰(shuí)。
也可以const在*左邊的為常量指針，const在*右邊的.為指針常量。
五、萬(wàn)x鑰匙
其實(shí)，關(guān)于“指針數(shù)組與數(shù)組指針、函數(shù)指針與指針函數(shù)、指針常量與常量指針”的判斷，有一個(gè)萬(wàn)能x匙。那就是根據(jù)我們強(qiáng)大的.中文語(yǔ)法：前邊是修飾詞，后邊才是主語(yǔ)。比如“指針數(shù)組”，前面的指針只是修飾詞，后面的數(shù)組才是主語(yǔ)，所以它是一個(gè)數(shù)組。
六，野指針
野指針指沒(méi)有確定指向的指針。造成野指針的情況有：
1. 指針變量創(chuàng)建但沒(méi)有初始化。
2. 指針p被free或者之后，沒(méi)有置為NULL。
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